DE1204319B

DE1204319B - Steuereinrichtung fuer zwei in Reihe geschaltete Gleichrichterbruecken

Info

Publication number: DE1204319B
Application number: DES91551A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Juergen Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-06-16
Filing date: 1964-06-16
Publication date: 1965-11-04
Also published as: FR1434819A; CH419324A

Description

Steuereinrichtung für zwei in Reihe geschaltete Gleichrichterbrücken Bekanntlich läßt sich der Wert einer Gleichspannung, die mit Hilfe eines mit Stromtoren bestückten Gleichrichters aus einer Wechselspannung gewonnen wird, durch Anwendung der sogenannten Anschnittsteuerung verändern. Dabei wird aber dem Wechselspannungsnetz eine Blindleistung entnommen, die von dem Anschnittwinkel a abhängt. Diese Abhängigkeit der Blindleistung Pb (Ordinate) von dem Anschnittwinkel a (Abszisse) ist in F i g.1 durch die Kurve 1 näherungsweise dargestellt. Beim größten Anschnittwinkel 180° ist die Spannung und die Blindleistung Null. Mit abnehmendem Winkel a steigt die Blindleistung und erreicht bei a = 90° ihren Maximalwert. Das Verhältnis der Ausgangsspannung des Gleichrichters zur maximal möglichen Ausgangsspannung beträgt hier 0,5. Bei weiterer Aussteuerung und damit ansteigender Gleichspannung nimmt die Blindleistung ab und erreicht schließlich bei a = 0 den Wert Null.
Diese Angaben gelten für ohmsche Belastung. Bei induktiver Belastung einer Brückenschaltung mit vier gesteuerten Gleichrichtern würde sich die strichpunktierte Kurve 4 in F i g. 1 ergeben. Verwendet man eine Schaltung, die einen Nullanodenpfad für die induktive Komponente des Belastungsstromes aufweist, dann läßt sich auch bei induktiver Belastung des Gleichrichters eine Blindleistung entsprechend Kurve 1 der F i g. 1 erreichen. Hierfür geeignete einphasige Brückenschaltungen sind in F i g. 2 dargestellt und mit a und b bezeichnet.
Diese Belastung des Wechselspannungsnetzes durch Entnahme einer Blindleistung spielt in vielen Fällen keine Rolle. Das gilt jedoch nicht mehr bei Gleichrichtern, die für sehr große Leistungen ausgelegt werden müssen, wie z. B. für die Speisung von Gleichstromantrieben. Es ist daher bereits bekannt, die Belastung des Netzes mit Blindleistung mit Hilfe zweier Gleichrichterbrücken herabzusetzen, die in Serie geschaltet den Verbraucher speisen und eingangsseitig an zwei Wechselspannungsquellen, insbesondere an zwei Sekundärwicklungen SWl, SW2 eines Transformators angeschlossen sind, wie dies in F i g. 2. gezeigt ist. Die beiden Brücken a, b werden mit Hilfe eines Steuersatzes S abhängig von einer beliebigen Steuergröße so gesteuert, daß immer nur eine der beiden Brücken mit Anschnittsteuerung arbeitet, während die andere entweder voll durchgesteuert oder ganz gesperrt ist. Der Steuersatz S, dessen Aufbau schematisch in F i g. 3 wiedergegeben ist, besteht im wesentlichen aus einem Reglerteil R und zwei Ausgangsstufen R1 und R2, von denen die Stufe R1 periodisch Zündimpulse mit einem Phasenwinkel cal und die Stufe R2 Zündimpulse mit dem Phasenwinkel a2 liefert. Die Zündimpulse ,%, werden beispielsweise der Brücke a und die Impulse a2 der Brücke b zugeführt.
Wählt man a1 und a2 = 180°, dann liefert die Anordnung nach F i g. 2 an den Ausgangsklemmen PN die Spannung Null. Soll diese Spannung erhöht werden, dann wird zunächst - wie die Kurve 2 in F i g. 1 zeigt - a, von 180° stetig gegen Null verändert, während a2 stets gleich 180° bleibt. Die steuerbaren Ventile der Brücke b, die voraussetzungsgemäß mit Zündimpulsen mit dem Winkel a2 = 180° angesteuert werden, sind in diesem mit A bezeichneten Steuerbereich gesperrt. Der gesamte Strom fließt daher über die ungesteuerten Ventile, Dbl, Db2 der Brücke b. Aus F i g. 1 ist zu ersehen, daß die Blindleistung Pb mit abnehmendem Steuerwinkel zunächst zunimmt, bei a1 = 90° einen Maximalwert erreicht und dann wieder gegen Null geht. Der Maximalwert ist jetzt aber nur halb so groß wie bei Verwendung einer einzigen Brücke. Soll die Gleichspannung weiter erhöht werden, dann bleibt a1 = 0° - d. h., die Brücke a bleibt ganz durchgesteuert -, und a2 wird stetig von 180° ausgehend gegen Null verringert, so daß auch die Brücke b einen zunehmenden Spannungsanteil liefert (Bereich B). Die Abhängigkeit der Blindleistung Pb von der Aussteuerung gibt in diesem Bereich die Kurve 3 wieder.
Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht in der ungleichmäßigen Belastung der gesteuerten und ungesteuerten Ventile der beiden Brücken bei Teilaussteuerung und induktiver Last des Gleichrichters. Für die Bemessung der steuerbaren Ventile der Brücke a ist der maximale Strom entscheidend, der häufig, z. B. bei Speisung von Gleichstrommaschinen bei großen Steuerwinkeln, d. h. kleinen Gleichspannungen, auftritt (Anlaufstrom). In diesem Betriebsfall werden jedoch die gesteuerten Ventile Vbl und Vbz der Brücke b nach F i g. 2 nicht belastet, während andererseits die ungesteuerten Ventile Dbl und Db2 der Brücke b stärker belastet werden als die ungesteuerten Ventile Da,. und Da, der Brücke a. In dieser bekannten Schaltung läßt sich somit insbesondere die Kapazität der gesteuerten Ventile nicht voll ausnutzen.
Eine erheblich bessere Ausnutzung der einzelnen Ventile, insbesondere auch eine gleichmäßigere Belastung läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß die Zuordnung der von den beiden Ausgängen des Steuersatzes gelieferten Zündimpulse mit dem Phasenwinkel a, bzw. a2 zu den beiden Brücken a und b mit Hilfe eines Impulsverteilers periodisch geändert wird.
Ein solcher Impulsverteiler besteht im einfachsten Fall aus einem vierpoligen Umschalter, wie ei in F i g. 4 gezeigt und mit J bezeichnet ist. Dieser Schalter wird beispielsweise im Takt der Frequenz des speisenden Wechselspannungsnetzes umgelegt. Zweckmäßig wird man jedoch ein entsprechendes elektronisches Äquivalent verwenden.

Die Verhältnisse, die sich bei Anwendung der Erfindung ergeben, sind in der folgenden Tabelle zusammengefußt.

A B

I [ II A"' I I II B.

oca a,. a2 a1 = 0 a2

ab a2 = 180° ocl a2 a1

Valg2 180° - a1 0 90° - 21 180° 180° - a2 180° - 2E--

Dal,2 180° -f- a1 360° 270° -{- 2 180° 180° -[- a2 180°-(- . 22

Vbl,2 0° 180° - a, 90° - - 2 180° - a2 18011 180° - 2a

Db192 360° 180° -[- a, 270° -[- - 2 180° -f- 0C2 180° 180° -f- 2

Darin sind die Stromflußzeiten den einzelnen gesteuerten und ungesteuerten Ventilen der beiden Brücken zugeordnet, und zwar abhängig von dem jeweiligen Steuerbereich A bzw. B (vgl. F i g.1). Innerhalb dieser Bereiche sind jeweils zwei Fälle I und II zu unterscheiden, je nach der Stellung des Impulsverteilers J (F i g. 4). Im Fall I im Bereich A ist der Anschnittwinkel a" der den Stromtoren der Brücke a zugeführten Zündimpulse durch den Steuerwinkel cal und der Phasenwinkel ab der der Brücke b zugeführten Zündimpulse durch oc, bestimmt, der im Bereich A konstant 180° beträgt, während ccl jeden Wert zwischen 0 und 180° abhängig von einer Steuergröße annehmen kann. In der darauffolgenden Periode schaltet der Impulsverteiler um, so daß dann der Fall II gegeben ist. Der Brücke b werden dann die Impulse mit dem Phasenwinkel cal und der Brücke a die Impulse mit dem Phasenwinkel a2 zugeführt. Mit Am bzw. B,. sind die über zwei Perioden gemittelten Stromflußzeiten bezeichnet. Man erkennt, daß bei Betrieb eines derartigen Gleichrichters gemäß der Erfindung die mittleren Stromflußzeiten niedriger liegen, als dies bei den bekannten Steuerverfahren der Fall ist. Bei der bekannten Anordnung beträgt beispielsweise die mittlere Belastungsdauer der gesteuerten Ventile im Bereich A 180° - a1 und im Bereich B 180°. Die entsprechenden Werte, die sich erreichen lassen, wenn man das erfindungsgemäße Steuerverfahren anwendet, betragen bzw. Das bedeutet, daß der Ausgangsstrom einer Anordnung nach F i g. 2 bei Anwendung der Erfindung und bei Teilaussteuerung ohne Gefährdung der gesteuerten Ventile je nach Aussteuerungsgrad bis zu 100 °/o gesteigert werden kann.

Claims

Patentanspruch: Steuereinrichtung für zwei Gleichrichterbrücken in Nullanodenschaltung, die hintereinandergeschaltet einen Verbraucher speisen und eingangsseitig an zwei Wechselspannungsquellen angeschlossen sind, mit einem Steuersatz mit zwei den beiden Brücken zugeordneten Ausgängen, an denen periodisch Zündimpulse mit einem von einer Steuergröße abhängigen Phasenwinkel a1 bzw. a2 abgegeben werden, und zwar so, daß immer nur einer der beiden Winkel Werte zwischen 180° und 0° annehmen kann, während der andere Winkel entweder 0 oder 180° beträgt, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Zuordnung der von den beiden Ausgängen des Steuersatzes (S) gelieferten Zündimpulse mit den Phasenwinkeln a1 bzw. a2 zu den beiden Brücken (a und b) mit Hilfe eines Impulsverteilers (J) periodisch geändert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 640 958.